Перспективы развития ЭВМ

Содержание 

Введение 

      Трудно представить себе область нашей повседневной жизни, где бы ни было места для компьютеров и различной автоматизации с их использованием. 
Там где раньше использовалась пишущая машинка, калькулятор и другие средства автоматизации труда сейчас на смену им пришел компьютер. В последние годы темпы продвижения компьютерных технологий в различные области знаний, производства, торговли, частной жизни человечества особенно высоки.

     Современные вычислительные машины представляют одно из самых значительных достижений человеческой мысли, влияние, которого на развитие научно-технического прогресса трудно переоценить. Области применения ЭВМ непрерывно расширяются. Этому в значительной степени способствует распространение персональных ЭВМ, и особенно микроЭВМ.

     За  время, прошедшее с 50-х годов, цифровая ЭВМ превратилась из “волшебного”, но при этом дорогого, уникального  и перегретого нагромождения  электронных ламп, проводов и магнитных  сердечников в небольшую по размерам машину - персональный компьютер - состоящий из миллионов крошечных полупроводниковых приборов, которые упакованы в небольшие пластмассовые коробочки.

     В результате этого превращения компьютеры стали применяться повсюду. Они  управляют работой кассовых аппаратов, следят за работой автомобильных систем зажигания, ведут учёт семейного бюджета, или просто используются в качестве развлекательного комплекса, но это только малая часть возможностей современных компьютеров. Более того, бурный прогресс полупроводниковой микроэлектроники, представляющей собой базу вычислительной техники, свидетельствует о том, что сегодняшний уровень как самих компьютеров, так и областей их применения является лишь слабым подобием того, что наступит в будущем. Постепенно изучение компьютерной техники пытаются вводить в программы школьного обучения как обязательный предмет, чтобы ребёнок смог уже с довольно раннего возраста знать строение и возможности компьютеров. А в самих школах (в основном на западе и в Америке) уже многие годы компьютеры применялись для ведения учебной документации, а теперь они используются при изучении многих учебных дисциплин, не имеющих прямого отношения к вычислительной технике. 
 
 

Перспективы развития ЭВМ

       Все мы прекрасно знаем, что в последние годы компьютер и компьютерная техника стали неотъемлемой частью нашей жизни. Ни одна фирма, не представляет свою работу без компьютера и продвинутого программного обеспечения. Двадцать лет назад, компьютер считался роскошью, и увидеть его можно было крайне редко. Компьютерами пользовались только огромные предприятия.  
Теперь же компьютер имеется в каждом доме, практически в каждой семье. Даже школьники выполняют свои домашние задания с помощью компьютера.  
Можно сказать что ЭВМ – это величайшее достижение человечества.  
В настоящее время очень огромной популярностью начинают пользоваться МикроПК. 
По словам учёных и исследователей, в ближайшем будущем персональные компьютеры кардинально изменятся, так как уже сегодня ведутся разработки новейших технологий, которые ранее никогда не применялись. Примерно в 2020-2025 годах должны появиться молекулярные компьютеры, квантовые компьютеры, биокомпьютеры и оптические компьютеры. Компьютер будущего должен облегчить и упростить жизнь человека ещё в десятки раз! 
      Виртуальная реальность, пожалуй, остаётся одним из самых интересных и загадочных понятий компьютерной индустрии. Появившись ещё в прошлом веке, это понятие до сих пор притягивает к себе ученых, дизайнеров, кинорежиссёров, писателей-фантастов, ну и конечно же геймеров. Виртуальная реальность — это образ искусственного мира, моделируемый техническими средствами и передаваемый человеку через ощущения. В данный момент технологии виртуальной реальности широко применяются в различных областях человеческой деятельности: проектировании и дизайне, добыче полезных ископаемых, военных технологиях, строительстве, тренажерах и симуляторах, маркетинге и рекламе, индустрии развлечений и т.д. 
Компьютерная техника развивается с сумасшедшей скоростью и иногда очень сложно уследить или идти за ней в ногу.  
Но мы можем сказать с полной уверенностью, что высокие технологии – это наше будущее и это успех всего человечества. На этом процесс развития далеко не остановлен. 
Ежедневно выпускаются новые и более совершенны модели компьютерной техники. 
 
 
 
 

Тенденции развития вычислительных систем

Главной тенденцией развития вычислительной техники в  настоящее время является дальнейшее расширение сфер применения ЭВМ и, как  следствие, переход от отдельных  машин к их системам - вычислительным системам и комплексам разнообразных  конфигураций с широким диапазоном функциональных возможностей и характеристик. 
Наиболее перспективные, создаваемые на основе персональных ЭВМ, территориально распределенные многомашинные вычислительные системы - вычислительные сети - ориентируются не столько на вычислительную обработку информации, сколько на коммуникационные информационные услуги: электронную почту, системы телеконференций и информационно-справочные системы. 
Специалисты считают, что в начале XXI в. в цивилизованных странах произойдет смена основной информационной среды.  
При разработке и создании собственно ЭВМ существенный и устойчивый приоритет в последние годы имеют сверхмощные компьютеры - суперЭВМ и миниатюрные, и сверхминиатюрные ПК. Ведутся, как уже указывалось, поисковые работы по созданию ЭВМ 6-го поколения, базирующихся на распределенной нейронной архитектуре, - нейрокомпьютеров. В частности, в нейрокомпьютерах могут использоваться уже имеющиеся специализированные сетевые МП - транспьютеры - микропроцессоры сети со встроенными средствами связи. 
Ближайшие прогнозы по созданию отдельных устройств ЭВМ:

• микропроцессоры с быстродействием 1000 MIPS и встроенной памятью 16 Мбайт;
• встроенные сетевые и видеоинтерфейсы;
• плоские (толщиной 3-5 мм) крупноформатные дисплеи с разрешающей способностью 1000x800 пикселей и более;
• портативные, размером со спичечный коробок, магнитные диски емкостью более 100 Гбайт. Терабайтные дисковые массивы на их основе сделают практически ненужным стирание старой информации.

Повсеместное  использование мультиканальных широкополосных радио-, волоконно-оптических, а в пределах прямой видимости и инфракрасных каналов обмена информацией между компьютерами обеспечит практически неограниченную пропускную способность (трансфер до сотен миллионов байт в секунду).

Широкое внедрение средств мультимедиа, в первую очередь аудио- и видеосредств ввода и вывода информации, позволит общаться с компьютером на естественном языке. Мультимедиа нельзя трактовать узко, только как мультимедиа на ПК. Можно говорить о бытовом (домашнем) мультимедиа, включающем в себя и ПК, и целую группу потребительских устройств, доводящих потоки информации до потребителя и активно забирающих информацию у него.

Этому уже сейчас способствуют:

• зарождающиеся технологии медиа-серверов, способных собирать и хранить огромнейшие объемы информации и выдавать ее в реальном времени по множеству одновременно приходящих запросов;
• системы сверхскоростных широкополосных информационных магистралей, связывающие воедино все потребительские системы.

Названные ожидаемые  технологии и характеристики устройств ЭВМ совместно с их общей миниатюризацией могут сделать всевозможные вычислительные средства и системы вездесущими (вспомните альтернативное название компьютера-блокнота: Omni Book ), привычными, обыденными, естественно насыщающими нашу повседневную жизнь.

Специалисты предсказывают  в ближайшие годы возможность  создания компьютерной модели реального мира, такой виртуальной (кажущейся, воображаемой) системы, в которой мы можем активно жить и манипулировать виртуальными предметами. Простейший прообраз такого кажущегося мира уже сейчас существует в сложных компьютерных играх. Но в будущем можно говорить не об играх, а о виртуальной реальности в нашей повседневной жизни, когда нас в комнате, например, будут окружать сотни активных компьютерных устройств, автоматически включающихся и выключающихся по мере надобности, активно отслеживающих наше местоположение, постоянно снабжающих нас ситуационно необходимой информацией, активно воспринимающих нашу информацию и управляющих многими бытовыми приборами и устройствами.

Информационная  революция затронет все стороны  жизнедеятельности, появятся системы, создающие виртуальную реальность:

• компьютерные системы – при работе на ЭВМ с "дружественным интерфейсом" абоненты по видеоканалу будут видеть виртуального собеседника, активно общаться с ним на естественном речевом уровне с аудио- и видеоразъяснениями, советами, подсказками. "Компьютерное одиночество", так вредно влияющее на психику активных пользователей ЭВМ, исчезнет;
• системы автоматизированного обучения – при наличии обратной видеосвязи абонент будет общаться с персональным виртуальным учителем, учитывающим психологию, подготовленность, восприимчивость ученика;
• торговля – любой товар будет сопровождаться не магнитным кодом, нанесенным на торговый ярлык, а активной компьютерной табличкой, дистанционно общающейся с потенциальным покупателем и сообщающей всю необходимую ему информацию – что, где, когда, как, сколько и почем.

Техническое обеспечение, необходимое для создания таких виртуальных систем:

• дешевые, простые, портативные компьютеры со средствами мультимедиа;
• программное обеспечение для "вездесущих" приложений;
• миниатюрные приемопередающие радиоустройства (трансиверы) для связи компьютеров друг с другом и с сетью;
• распределенные широкополосные каналы связи и сети.

Многие предпосылки  для создания указанных компонентов, да и простейшие их прообразы уже  существуют.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Нанотехнологии

Нанообъектами называют тела, размеры которых могут  составлять от нескольких единиц до сотни  нанометров хотя бы в одном измерении. Нанотехнологии — это научные знания, средства и оборудование, которые позволяют нам получать, изменять и использовать нанообъекты. А ученых, занимающихся нанотехнологиями, называют нанотехнологами.

Нанотехнологии  массово используются в различных отраслях науки, промышленности, сельского хозяйства, биологии и медицины. Современные компьютерные технологии используют достижения нанонауки1 для создания более совершенных микропроцессоров и наращивания объемов памяти.  

Наномеханические вычисления.

Миниатюризация  компонент вычислительной техники, увеличение частоты их функционирования представляют собой магистральное  направление развития нанотехнологий. На сегодняшний день продемонстрирована работоспособность целого ряда активных компонент - транзисторов, диодов, ячеек памяти - состоящих из нанотрубок, нескольких молекул или даже из единственной молекулы. Передача сигнала может осуществляться одним единственным электроном. Пока не решены проблемы, связанные со сборкой таких компонент в единую систему, соединения их нанопроводами. Тем не менее, можно не сомневаться, что решение этих проблем - вопрос времени. Оценки показывают, что компьютер, собранный из наноэлектронных компонент и по своей сложности эквивалентный человеческому мозгу сможет иметь объём в 1 см3 - но будет работать в 107 раз быстрее[2] (быстродействие будет ограничено возможностью отвода тепла). Компьютер (точнее, процессор + память), эквивалентный современному "Пентиуму" будет, предположительно, иметь объём в 10-6 см3 - 0.1ө0.1ө0.1 мм3.  
 

Вероятно, наиболее быстрые и производительные компьютеры будущего будут использовать именно наноэлектронную технологию, возможно они будут использовать спинотронику или фотонику. Однако не исключено, что самые маленькие компьютеры будут созданы на совершенно другой элементной базе. Дрекслер предполагает, что такой базой может стать наномеханика. 

Дрекслер предложил  механические конструкции для основных компонент нанокомпьютера - ячеек  памяти, логических гейтов. Основными  их элементами являются вдвигаемые и выдвигаемые стержни, взаимно запирающие движение друг друга. При ширине стержня в несколько атомных размеров (например, при использовании углеродных нанотрубок) компьютер эквивалентный современному, содержащему 1 млн. транзисторов может иметь объём в 0.01 мк3, компьютер с памятью в 1 терабайт - объём в 1 мк3. Как и в случае с наноэлектроникой, быстродействие наномеханического компьютера будет определяться возможностью отвода тепла. Расчёты Дрекслера ([4]) показывают, что при температуре окружающей среды ~300°К на один ватт рассеиваемой мощности такой компьютер будет осуществлять ~1016 операций в секунду. При мощности 100 нВт (предполагается, что такую мощность сможет без специального охлаждения рассеять упомянутый выше компьютер с объёмом 0.01 мк3) это даёт производительность 109 операций в секунду, что примерно эквивалентно мощному современному настольному компьютеру. 

Если эти показатели будут достигнуты, то этого будет  вполне достаточно для того, чтобы  оснастить бортовым компьютером  микронного размера наноустройство, например, медицинского назначения. 

Искусственный интеллект

Искусственный интеллект – самое молодое  научное направление. Появление  его было подготовлено развитием  мощности вычислительных машин.

Искусственный интеллект занимает исключительное положение. Это связано со следующим:

1. часть функций программирования в настоящее время оказалось возможным передать машине. При этом общение с машиной происходит на языке, близком к разговорному. Для этого в ЭВМ закладывают огромную базу знаний, способы решения, процедуры синтеза, программы, а также средства общения, позволяющие пользователю легко общаться с ЭВМ.
2. В связи с внедрением ЭВМ во все сферы человеческой жизни становится возможным переход к безбумажной технологии обработки информации.
3. Если раньше производство ориентировалось на обязательное участие человека, то в настоящее время находят применение безлюдные технологии, основанные на роботизации и автоматизации системы управления.
4. Интеллектуальные системы в настоящее время начинают занимать ведущее положение в проектировании образцов изделий. Часть изделий невозможно спроектировать без их участия.

Системы, относящиеся  к системам ИИ в настоящее время: 

1)   Экспертные системы. Первые системы, которые нашли широкое    применение. Их элементы используются в системах проектирования,  диагностики, управления и играх. Основаны на вводе знаний высококвалифицированных специалистов ( экспертов ) в ЭВМ и разработке специальной системы по их использованию.

2. Системы естественно - языкового общения ( подразумевается письменная речь ). Данные системы позволяют производить обработку связанных текстов по какой – либо тематике на естественном языке.
3. Системы речевого общения. Состоят из двух частей:

• системы восприятия речи

• системы воспроизведения речи.

4. Системы обработки визуальной информации. Находят применение в обработке аэрокосмических снимков, данных, поступающих с датчиков, роботов и автоматизированных систем.

5. Системы машинного перевода. Подразумеваются естественные языки человеческого общения.

Применение  компьютеров  

 Несколько десятилетий назад компьютерами пользовались только учёные и математики. Сегодня же вычислительная техника стала достоянием писателей, художников, музыкантов и представителей других профессий мира искусств. Компьютер-творец помогает писать книги, рисовать, сочинять песни, создавать специальные эффекты в научно-фантастических фильмах.        

 Не так  давно два популярных писателя  США – Стивен Кинг и Петер  Штрауб – решили объединиться  и вместе написать рассказ.  Единственной проблемой, мешавшей  им осуществить это решение, было то, что они жили в разных штатах – Мэн и Коннектикут. Что же они сделали? Они стали работать вместе с помощью электроники, которая соединила их процессоры через модемы и телефонные линии. Объединение творческих усилий авторов окончилось успешно, их рассказ «Талисман» был опубликован в 1985 году.       

 В последнее  время всё больше и больше  профессиональных писателей применяют  текстовые процессоры для повышения  качества и ускорения своей  работы. Но не только новеллисты, подобные Кингу и Штраубу, но и журналисты, авторы технических текстов, сценаристы, авторы учебников (в том числе и авторы настоящей книги), а также многие другие используют компьютеры при работе с текстами. Текстовый процессор значительно облегчает редактирование и сверку текстов. Кроме того, он освобождает от необходимости перепечатки текстов и тем самым экономит время. Наконец, применение специальных программ помогает выявлять и устранять орфографические ошибки и синтаксические ошибки.    

 Писатели, имеющие  микрокомпьютеры, точно так же, могут соединяться с соответствующими банками данных. Конечно, это дополнительно экономит время, когда в процессе работы нужно провести какое-то исследование. Микрокомпьютеры писателей хранят их записи, освобождают от ведения бумажных дел, высылают счета на оплату принятых к публикации произведений.         

 В руках  художника компьютер становится  инструментом для рисования. Иллюстраторы, дизайнеры, карикатуристы, кинематографисты  считают, что вычислительная техника  предоставляем им новые возможности в их творческой деятельности. С помощью таких средств, как графопостроитель, графический планшет, световое перо, художники создают многоцветные рисунки, графики, географические карты и диаграммы.       

 Но почему  всё же компьютеры популярны у профессиональных художников? Вы, наверное, уже догадались? Компьютер даёт художнику возможность легко и быстро вносить изменения и поправки в свои рисунки и диаграммы. Вы хотите, чтобы на рисунке мальчик был одет в красную рубашку, а не в синюю? Или чтобы автомобиль имел открывающийся верх, а не жесткий? Пожалуйста! Нет проблем. Электронная правка занимает куда меньше времени, чем правка ручная. Точно так же различные варианты сложных изображений могут быть сделаны в считанные минуты, и при этом нет необходимости каждый раз начинать работу сначала.        

 Вы не находите, что между писателями и художниками  возникает сходство, когда они  начинают работать с компьютером?  Несмотря на то, что одни создают  тексты, а другие – изображения,  и те и другие благодаря компьютерам вносят в своё творчество ускорение, гибкость и удобство.

      Компьютеры  находят широкое применение не только в учреждениях и на промышленных предприятиях, но и в медицине. Врачи, сёстры, а также фармацевты и представители  других медицинских специальностей рассматривают компьютер как неотъемлемый инструмент их работы.

      Медицина  – это очень сложная наука. Существует множество болезней, каждая из которых имеет только ей присущие симптомы. Кроме того, существуют десятки  болезней с одинаковыми и даже совсем одинаковыми симптомами. В подобных случаях врачу бывает трудно поставить точный диагноз. И здесь ему на помощь приходит компьютер. В настоящее время многие врачи используют компьютер в качестве помощника при постановке диагноза, т.е. для уточнения того, что именно болит у пациента. Для этого больной тщательно обследуется, результаты обследования сообщаются компьютеру. Через несколько минут компьютер сообщает, какой из сделанных анализов дал аномальный результат. При этом он может назвать возможный диагноз.

      Конечно, окончательное решение принимает  врач, но компьютер ускоряет процесс  принятия решения. Кроме того, поскольку  компьютер может хранить в  своей памяти значительно больше информации, чем человек, то необычное  заболевание может быть установлено с её помощью значительно быстрее, чем без неё.

      Существует  также множество других способов применения компьютеров для этих целей в госпиталях, клиниках и  лабораториях. Приведём некоторые из них.

-         Компьютеры играют важную роль в медицинских исследованиях. Они позволяют установить, как влияет загрязнение воздуха на заболеваемость населения данного района. Кроме того, с их помощью можно изучать влияние ударов на различные части тела, в частности последствия удара при автомобильной катастрофе для черепа и позвоночника человека.

-         Банки медицинских данных позволяют медикам быть в курсе последних научных и практических достижений.

-         Сети ЭВМ используются для пересылки сообщений о донорских органах, в которых нуждаются больные, ожидающие операции трансплантации.

-         Вычислительная техника используется для обучения медицинских работников практическим навыкам. На этот раз компьютер выступает в качестве больного, которому требуется немедленная помощь. На основании симптомов, выданных компьютером, обучающийся должен определить курс лечения. Если он ошибся, компьютер сразу показывает это.

-         Компьютеры используются для создания карт, показывающих скорость распространения эпидемий.

-         Компьютеры хранят в своей памяти истории болезни пациентов, что освобождает врачей от бумажной работы, на которую уходит много времени, и позволяет больше времени уделять самим больным. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Компьютеры  в бизнесе 

Компьютер –  это устройство, выполняющее совокупность заранее заданных операций с очень высокой скоростью. Он получает исходные данные, инструкции по их обработке, обрабатывает данные соответственно инструкциям и предоставляет результат в форме, которая может быть прочтена и использована человеком или другим компьютером.

Использование компьютеров вместо людей при  принятии решений имеет множество  преимуществ. Рассмотрим лишь несколько  наиболее очевидных.

Во-первых, компьютеры обрабатывают данные с очень высокой  скоростью. Скорость современных компьютеров  достигает миллиардов операций в секунду.

Во-вторых, с  помощью компьютеров можно решать задачи, слишком сложные для человеческого  разума. Полеты в космос, например, без  компьютеров были бы невозможны.

В-третьих, огромные объемы памяти позволяют хранить  большие количества информации с последующей ее обработкой.

В-четвертых, компьютеры не придают эмоциональной окраски  обрабатываемым данным. Они объективно учитывают все введенные факторы  и ограничения, и строят на их основе неискаженную эмоциями модель.

И, наконец, для  компьютера не имеет значения, насколько рутинны выполняемые им операции.

Исходя из этих характеристик компьютеров, можно  предположить, что наиболее полезно  использование компьютеров при  решении задач, требующих быстрого завершения, для очень сложных  расчетов, а также для автоматизации повторяющихся рутинных действий. К сожалению, все еще невозможно поручить компьютеру работу, требующую изобретательности, интуиции или других подобных качеств. Тем не менее, работы в области искусственного интеллекта постепенно начинают вмешиваться и в эти области человеческой деятельности.  
 
 
 
 
 
 
 

Заключение

  Компьютеры в буквальном смысле совершили революцию в деловом мире. По мере того как снижалась их стоимость, всё большее и большее число деловых людей приобретали компьютеры. Компьютеры перестали быть монополией заводов, банков, крупных объединений. Сегодня они стали достоянием и небольших предприятий, магазинов, учреждений, бюро трудоустройству и даже ферм.             

 С помощью  компьютерных систем осуществляется  введение документации, обеспечивается электронная почта и связь с банками данных. Сети ЭВМ связывают разных пользователей, расположенных в одном учреждении или находящихся в различных регионах страны.     

 Компьютеры  находят применение при выполнении  широкого круга производственных задач. Так, например, диспетчер на крупном заводе имеет в своём распоряжении автоматизированную систему контроля, обеспечивающую бесперебойную работу различных агрегатов. Компьютеры используются также для контроля за температурой и давлением при осуществлении различных производственных процессов. Когда повышение и понижение температуры или давления превышает допустимую норму, компьютер немедленно подаёт сигнал на регулирующее устройство, которое автоматически восстанавливает требуемые условия. Также управляется компьютером робот.      

 Робот –  это механическое устройство,  управляемое компьютером. В отличие от роботов, которые можно увидеть в магазинах или в кино, промышленные роботы, как правило, не похожи на человека. Более того, часто это просто большие металлические ящики с длинными руками, приводимыми в действие механическим образом.     

 Различные  виды работ на заводах, скажем, такие, как на линиях сборки  автомобилей, включают многократно  повторяющиеся операции, например  затягивание болтов или окраску деталей кузова. Работы выполняют повторяющиеся операции без тени неудовольствия или признаков усталости. Компьютеры ни на мгновение не теряют внимания к производственному процессу и не нуждаются  в перерывах на обед.       

 Роботы могут также выполнять работу, которая для людей оказывается слишком тяжёлой или даже вообще невозможной, например, в условиях сильной жары или лютого мороза. Они могут готовить опасные химические препараты, работать в сильнозагрязнённом воздухе и полнейшей темноте. Нередко один робот может заменить на заводе двух   рабочих. В целом применение роботов способствует повышению производительности труда и снижению стоимости производства.